Aquisição da peça

Um amortecedor de impacto falhado do trem de pouso principal direito do Piper PA-30-160 Twin Comanche B, matrícula PT-DIS, representado na Figura 10, foi doado pelo proprietário da aeronave como objeto de estudo deste trabalho. A aeronave é utilizada pelo Aeroclube de Londrina, situado no estado do Paraná, para instrução na categoria de multi-motores e seu amortecedor foi substituído em uma das revisões realizadas pela mecânica contratada pelo aeroclube.

3.2.2 Metalografia

Inicialmente, o amortecedor foi fixado na cortadeira eletrônica da marca Fortel, modelo CF III, para o corte de uma seção circular do cilindro de maior diâmetro da peça, conforme ilustrado na Figura 11 à esquerda. Esta seção, Figura 11 ao centro, passou pela operação de faceamento no torno convencional da marca Imor, modelo PRN-320, para que se houvesse uma superfície plana para futuro embutimento. Na sequência, a seção foi dividida em cinco partes, como representado na Figura 11 à direita, empregando-se a cortadeira eletrônica para dar-se início ao embutimento.

Figura 11 – Ilustração do corte circular realizado na peça (esquerda), faceamento da seção (centro) e divisão da seção (direita).

O embutimento foi conduzido em quatro das cinco partes obtidas, representando as amostras para microscopia ótica. O embutimento foi realizado à frio utilizando-se poliéster como resina, além de uma superfície de vidro e seções de um cano de PVC (policloreto de vinil) com diâmetro de 4 cm como molde para suportar as amostras. As amostras I e II, conforme Figura 11 à direita, foram embutidas com a área circunferencial voltada para a face a ser lixada, enquanto que as amostras III e IV foram embutidas com a área axial voltada para a face a ser lixada.

Na sequência, o lixamento das amostras foi conduzido à úmido empregando- se a lixadeira manual. A sequência de lixas empregada corresponde as granulometrias de 80, 220, 400, 600 e 1200. Esta etapa foi efetuada conforme descrito no referencial teórico deste texto utilizando o microscópio ótico da marca Alltion para avaliação dos traços deixados por cada lixa.

O polimento das amostras foi efetuado em duas etapas na lixadeira e politriz da marca Fortel, modelo PLF, sobre disco coberto com pano de feltro. A limpeza das amostras foi feita com água antes de cada etapa do polimento. O polimento das amostras foi realizado com as mesmas sendo translacionadas no sentido contrário a rotação do pano. A primeira etapa do polimento foi realizada com suspensão abrasiva composta por alumina 1 µm diluída em água, enquanto que a segunda etapa do polimento, com alumina 0,3 µm diluída em água. O mesmo microscópio empregado durante as etapas do lixamento foi utilizado para avaliar a qualidade de cada etapa do polimento até que cada amostra estivesse pronta para a próxima etapa. A Figura 12 apresenta o resultado do polimento de cada amostra conforme numeradas na Figura 11 à direita.

Figura 12 – Resultado do polimento das amostras embutidas.

A secagem das amostras foi conduzida aplicando-se acetona sobre a superfície das mesmas entre as etapas de polimento e antes da microscopia ótica.

O ataque químico da superfície das amostras foi realizado através de imersão em solução de ácido fluorídrico (HF). O reagente foi preparado pela adição de 1,5 mL de HF 10% (V/V) em 50 mL de água destilada, o que resultou numa solução diluída de 0,3% HF. O tempo do ataque foi de 70 segundos para cada amostra, suficiente para remover o aspecto brilhante da superfície promovida pela etapa de polimento. Após imersão no reagente, as amostras foram lavadas em água corrente para se finalizar o ataque da superfície e secas com auxílio da aplicação de acetona.

A microscopia ótica das amostras foi realizada em duas partes utilizando-se o microscópio da marca Zeiss, modelo Scope.A1. A primeira parte compreendeu a microscopia ótica antes do ataque químico das amostras, visando a revelação de inclusões e vazios, enquanto que a segunda parte, após o ataque químico, envolveu

a observação de contornos de grãos e fases presentes. Imagens com magnificação de 100x foram capturadas por uma câmera acoplada ao microscópio para análise dos resultados.

3.2.3 Ensaio de dureza

O ensaio de dureza Rockwell na escala B foi efetuado utilizando o durômetro Rockwell da marca Insize, modelo ISH-RSR 150. O penetrador utilizado foi uma esfera de aço com diâmetro de 1/16 in, enquanto que a carga aplicada foi de 100 kg, conforme estabelecido para ensaios de dureza Rockwell B. O ensaio foi conduzido utilizando-se as mesmas amostras obtidas na metalografia, obtendo-se um valor médio para representar a dureza do material.

3.2.4 Análise da falha

A análise da falha do amortecedor foi conduzida tendo como base de dados o histórico de relatos de falhas semelhantes, além do conhecimento do funcionamento e manutenção da peça. A análise estende-se com a necessidade do estudo dos esforços atuantes presentes na peça durante sua operação para compreensão de como a falha vem a ocorrer; por exemplo, esforços cíclicos de tração observados em torno de um concentrador de tensões podem levar a falha da peça por fadiga. Nesta etapa do trabalho, também foi realizado exame visual da peça, além de outras técnicas tratadas nas seções posteriores para investigação da causa da falha do amortecedor.

3.2.5 Abertura da trinca

A abertura da trinca, ou seja, a separação das superfícies de falha da peça foi realizada por meio do flexionamento da região em torno da trinca, a qual foi separada do corpo da peça por corte. A Figura 13 revela a região em torno da trinca, destacada em vermelho, a qual não teve uma propagação suficiente para fraturar o componente em duas ou mais partes.

Figura 13 – Região em torno da trinca, contornada em vermelho.

O corte da seção que compreende a região em torno da trinca foi conduzido com auxílio de uma esmerilhadeira, uma serra e uma morsa. A Figura 14 à esquerda ilustra a seção a qual foi separada da peça pelo corte, enquanto que o resultado do corte em diferentes perspectivas está representado na Figura 14 à direita.

Figura 14 – Ilustração da região cortada em torno da trinca (esquerda) e resultado do corte em diferentes perspectivas (direita).

O flexionamento da seção foi efetuado inicialmente na prensa hidráulica da marca Bovenau, modelo P30000 – 30 ST. Para isto, a seção foi fixada na prensa de forma a ser realizada flexão em três pontos, conforme representado na Figura 15. A abertura da trinca foi gradativamente conduzida por meio de cautelosas aplicações de pressão feitas manualmente com a alavanca da prensa até que a trinca fosse quase completamente aberta. O progresso da abertura está representado na Figura 15. Na sequência, a abertura da trinca foi finalizada através do flexionamento da seção conduzido em uma morsa tendo-se o cuidado de não danificar as superfícies de fratura.

Figura 15 – Progresso da abertura da trinca conduzido na prensa hidráulica.

3.2.6 Análise estereoscópica

A análise estereoscópica das superfícies de falha da peça foi realizada no estereoscópio da marca Physis. Fotografias tanto da superfície superior, quanto da superfície inferior da falha foram capturadas para analisar possíveis características macrofractográficas. Além do estereoscópio, uma câmera da marca Canon, modelo G11, foi utilizada para fotografar as superfícies de falha com maior profundidade de foco.

3.2.7 Modelagem da peça

A modelagem do amortecedor de impacto foi realizada utilizando o Autodesk

Inventor, que é um programa de desenho assistido por computador (do inglês, computer-aided design ou CAD). Para coletar as dimensões da peça, foram utilizados

trena, réguas e um paquímetro com precisão de 0,05 mm. A trena foi empregada para a mensuração de medidas consideradas menos críticas para a análise de elementos finitos, como a altura da peça, por exemplo. Em contrapartida, as réguas foram empregadas na medição de dimensões não possíveis com o paquímetro, como a distância de ressaltos internos ao cilindro em relação a base, por exemplo. Por fim, o paquímetro foi utilizado para o dimensionamento de medidas críticas à análise de falhas, como o diâmetro de furos e espessuras. Todas as dimensões foram inseridas no Inventor na escala de milímetros, seguindo-se o padrão métrico do programa. Foi atribuído como material a liga de alumínio AA6061, resultado dos ensaios de caracterização; além disso, um aspecto usinado foi aplicado para fins de visualização. A Figura 16 apresenta a modelagem da peça em diferentes vistas: frontal (superior à esquerda), direita (superior à direita), topo (inferior à esquerda) e ortográfica (inferior à direita).

Figura 16 – Representação da modelagem da peça em diferentes vistas.

3.2.8 Análise de elementos finitos

A análise de elementos finitos foi realizada em duas partes utilizando o

Autodesk Inventor. A primeira foi direcionada à análise do amortecedor conforme ele

visando reduzir concentrações de tensões. A geração de cada análise foi iniciada definindo-se seu tipo como análise estática, isto é, não foram considerados carregamentos dinâmicos. O passo seguinte constituiu em informar ao programa o material do qual o componente é composto, o qual foi definido como a liga de alumínio AA6061, resultado dos ensaios de caracterização.

Na sequência, as restrições ao movimento da peça foram atribuídas ao modelo conforme a montagem da peça discutida na seção referente ao amortecedor de impacto, na revisão bibliográfica. Em seguida, foram atribuídos valores aleatórios, mas condizentes, a esforços posicionados ao longo do modelo aos quais a peça está sujeita em condições reais, como a flexão da câmara superior causada pelo pistão durante operações de pousos e curvas em solo. Para a construção da malha, foi utilizada a ferramenta de construção de malha automática do programa Inventor, a qual distribui ao longo do modelo, elementos de tamanho variável em função da suscetividade à concentração de tensões de cada região, ou seja, elementos cada vez menores são distribuídos em regiões que são consideradas pelo programa mais suscetíveis a concentrar tensões. Por fim, a simulação das condições impostas ao modelo foi realizada para a obtenção dos resultados.